JP4909076B2 - カバー材料内の鋼の陰極防食 - Google Patents

Description

本発明は、特に鋼心コンクリート構造で使用するように配置構成されているが、それに限定されないモルタルまたはコンクリートなどのカバー材料内の鋼材料の陰極防食方法に関する。

少なくとも部分的に周囲の層に埋め込まれた鋼要素の陰極防食はよく知られ、そのための方法が、２０００年２月２日に出願されて国際特許第ＷＯ００／４６４２２号として公開されたＰＣＴ特許出願第ＣＡ００／００１０１号、および２００２年７月２４日に出願されて国際特許第ＷＯ０３／０１０３５８号として公開されたＰＣＴ特許出願第ＣＡ０２／００１５６号に記載され、これは両方とも本発明の発明者による。

上記の第１の出願では、イオンの流れを強化させ、陽極の寿命が尽きるまでその陽極の電気化学的活性状態を維持する湿潤剤の形態で、強化材料の陽極本体に追加することが開示されている。強化材料は周囲のモルタルなどではなく、陽極本体の防食陽極材料内に含まれる。第２の出願では、膨張した腐食生成物を収容するのに通常は十分である孔を陽極材料に形成することによって、防食陽極材料がひび割れるのを阻止する配置構成が開示されている。これは、粉末またはフレークなどの微細な材料を圧縮するか、孔または隙間がしわくちゃ状態にした層の間に形成されるように、中実シート材料を圧縮またはしわくちゃ状態にすることによって達成することができる。

Aston Material Servicesの公開されたＰＣＴ特許出願第ＷＯ９４／２９４９６号では、亜鉛または亜鉛合金などの防食陽極を使用して、コンクリート内の補強材料を陽極防食する方法が提供される。この公開出願および出願から生成された市販の製品には、自身に取り付けた結合線を有するパック形陽極本体が提供される。市販の製品では、実際にこのような線が２本、パック上で対角線上の反対側に配置構成され、露出した鋼補強部材に取り付けるための可撓性接続線としてそこから外側に延在する。

パックは、陽極の活動を持続させる電解質を保持するモルタルなどの封入材料によって囲まれる。モルタルはコンクリートと融和性であり、したがって電解作用はモルタルを通して、また、コンクリートに入って該コンクリートを通して陽極と鋼補強部材との間で発生する。

公開された出願の主な特徴は、陽極を囲む区域の電解質のｐＨを１２から１４のオーダの高レベルに維持する構成要素をモルタルに組み込むことに関する。

器具の使用時には、間隔をあけて陽極を補強部材に接続した状態で一連の陽極を提供する。結合線による取り付けは、単純に線を補強棒の周囲に巻き付けることである。陽極は、補強棒に隣接して配置し、必要な量までコンクリートで再度覆う。

通常、この防食システムは、腐食が開始するのに十分な年数にわたってその位置にあったコンクリート構造に使用される。概して、復原が必要な損傷区域を掘削し、補強棒を露出させ、その後にモルタルで覆ったパックの形態の防食器具を上述したようにコンクリートに挿入し、コンクリートを再充填する。

これらの器具は、商業的に多少の成功を達成し始め、現在は復原プロセスに使用されている。しかし、現場でこの製品をさらに成功させるために、操作および人間工学の点で改良が必要である。

Ｆｏｓｅｃｏに譲渡された米国特許第６，１９３，８５７号（Ｄａｖｉｓｏｎ）は、モルタルで被覆したパックの形態の陽極本体を開示し、ここでパックは、延性の線でコンクリート掘削部内の鉄筋に取り付けられる。

１９９８年２月３日にAlltrista Corporationに対して発行された米国特許第５７１４０４５号（Ｌａｓａその他）では、杭または同様の支持柱の鋼または鋼補強材の腐食を妨げるために配置される防食陽極の陰極防食システムで使用するジャケット付き陽極アセンブリが開示されている。対合する外殻部分で形成された非導電性ジャケットは、その内面に沿って発泡亜鉛などの発泡金属のシートで裏打ちされる。金属シートは、電位列にて鋼補強材より高位の組成であり、したがってシートは、鋼補強材と結合されると、防食陽極として働く。ジャケットおよび亜鉛の裏打ちは、ジャケットの内面が杭の周囲に面し、それと隔置された関係で、杭上にユニットとして設置される。この空間内に、金属シートをジャケットと杭の間の所定の位置に固定し、さらに鋼補強材と金属シートの間の電解質として働くために、充填材料を導入することができる。この方法のこの商業的成功は、陽極と被覆の活性構成要素の費用と一致し得るジャケットの高い費用によって制限されており、技術的利点は小さく、したがって費用面で重大な不利を与える。

この配置構成では、陽極をジャケットに直に配置し、したがってジャケットの一つの目的は、追加の鋳込み層の表面に直に陽極を配置し、保持することである。したがって、陽極を配置するために存在しなければならないという点で、ジャケットはこのプロセスに必須である。ジャケットは、追加の強化部材がないと、コンクリート用の形態として作用するのに十分な構造的強度を有さず、内側にある陽極に力を加えず、陽極を活性状態に維持するのを補助する水の層をジャケット内で維持するのに作用するだけである。

陽極を層内に埋め込むと陽極部材の膨張がコンクリートの破壊またはひび割れ、またはコンクリートからの陽極の分離を引き起こすので、表面に直に、かつ全体的に配置される。これは、腐食生成物の汚染の問題を防止する。というのは、腐食生成物が、柱の配置されている湿潤環境で外面から容易に拡散せず、特に腐食生成物が層の表面に、またはそれに隣接して形成され、腐食生成物を洗い流すことができる水の層をジャケットが保持するからである。

腐食生成物は通常、それが形成される元である陽極材料より大きい体積を占有する。場合によっては、腐食生成物は可溶性であるか、少なくとも部分的に可溶性であり、したがって例えば非常に湿潤であるか、完全に水没する海洋環境では、腐食生成物の膨張による圧力の発生が少ない、または発生しないので、拡散が急速に発生する。

しかし、このタイプの陰極防食システムの大部分の用途は乾燥、つまり水没しない環境であり、これらの状態では、腐食生成物は通常、固体の形態である。固体相における腐食生成物の拡散は非常に遅い。したがって、腐食生成物が長期間にわたって陽極本体から拡散し、したがって膨張による力が減少しても、大部分の場合、この拡散は非常に遅く、カバー材料または陽極構造自体に隣接する孔または開口がある場合でも、陽極が急速に腐食すると、腐食生成物の拡散運動の方が遅いので、腐食生成物が重大な膨張力を発生することがある。

大部分の場合、流電陽極は、防食効果を最大にするように可能な限り迅速に腐食するように設計するよう意図される。急速に腐食するためにこのように設計すると、腐食速度および腐食生成物の発生速度が、腐食生成物をシステムが吸収または運び去る能力を超えることがある。したがって、これは膨張による圧力を発生する。

この問題に対処するために腐食速度を制限して、腐食生成物を拡散または吸収する速度が、対応できる腐食速度になるように、システムを設計することが可能である。上記の公開された本発明の発明者のＰＣＴ出願に記載されたように、陽極の多孔性が増加させると、腐食生成物を吸収可能な速度を上昇させることができる。陽極本体を囲むコンクリートの多孔性を増加させることにより、同じ効果を獲得することができる。しかし、これは構造的強度を低下させ、凍結／解凍損傷の可能性がある水を含み得る空隙を提供するので、有害なことがある。

したがって、カバー材料内の鋼の改良された陰極防食方法を提供することが、本発明の１つの目的であり、ここで鋼は、カバー材料を通して鋼にイオン電流を提供する陽極材料をカバー材料内に提供することによって防食され、方法は、腐食生成物の生成による陽極本体の膨張から生じるカバー材料の損傷を制限しながら、陽極の腐食レベルの上昇に対応することができる。

したがって、本発明の第１の態様によると、陰極防食方法で、
鋼材料を提供するステップと、
鋼材料が少なくとも部分的にカバー材料で覆われるように、カバー材料を適用するステップと、
陽極防食の組合せを、
陽極部材を提供することと、
陽極部材を、カバー材料と少なくとも部分的に接触させ、その間にイオンが連絡できるように配置構成することと、
陽極部材と鋼材料との間の電位によってイオンがカバー材料を通って流れ、陽極部材を腐食させながら、鋼材料の腐食を阻止する傾向を有するように、少なくとも１つの陽極部材を電気的に接続することによって形成するステップを含み、このステップにおいて、陽極部材の腐食は腐食生成物を形成するように作用し、腐食生成物は、腐食生成物が形成された元である陽極部材の部分より大きい体積を有し、したがって陽極部材を膨張させる傾向を有し、陽極部材とカバー材料との接触は、膨張がカバー材料を、またはカバー材料と陽極部材との接続を破壊するような傾向を有するような接触であり、さらに、
陽極部材に制限力を適用する強化層を陽極部材に、またはそれに隣接して提供することにより、陽極部材にかかる前記制限力が、膨張およびそれによって引き起こされる破壊を制限する傾向を有するようにするステップを含む方法が提供される。

本発明は、既存のカバー材料の一部を掘削して、既存の鋼を露出させ、露出した鋼の上に新しいカバー材料を適用する補修と、新しいカバー材料内の鋼が全体的に新しい鋼であるオーバレイまたは新しい構造と、補修またはパッチおよびオーバレイの両方を含む配置構成との両方に適用可能である。

上述した方法は、陽極部材がカバー材料に完全に埋め込まれるか、或いはカバー材料の穴の中に少なくとも３つの側部が収容されるように、該カバー材料の穴に挿入される場合に、特に適用可能である。３つの側部または４つの側部で陽極本体をこのように封じ込めると、陽極部材が膨張し、カバー材料がひび割れるか、陽極本体がカバー材料内のその位置から排除される。しかし、陽極本体がそれほど封じ込められていない場合は、同じ方法を有利に使用することもできる。多くの場合、膨張は陽極本体とカバー材料との電気化学的接続を破壊し、したがって陰極防食システムの動作を妨害するからである。

上記で使用した「鋼材料」という用語は、腐食が発生し得るような方法でカバー材料と接触する任意の１つまたは複数の鋼構成要素を概ね指すように意図される。この用語は、新しい材料および／または既存の材料内の構成要素の数およびタイプに関して一般性を維持するように使用される。このような構成要素は、カバー材料内に全体または一部のみ埋め込まれる。この用語は、カバー材料内の鋼補強要素または棒、カバー材料内の構造的な鋼要素、および構造的でなく、補強もしないが、腐食し得るカバー材料内の鋼要素に関する。多くの場合、鋼材料は複数の鋼要素、通常は補強棒の形態である。しかし、この用語はビームのような単一要素も含むものとする。

本発明は主に、カバー材料としてコンクリートに関するが、それに制限されず、イオンを補強鋼と連絡可能にするモルタル、石積み、または石などの他の材料も、この方法で防食する必要がある。モルタルは、充填材料として石または煉瓦構造に使用することができ、本発明はこのような状況でも使用可能である。

既存のカバー材料および新しいカバー材料は、大抵の場合は同じ材料であり、大抵の場合はコンクリートであるが、両方が陽極部材での電食作用で鋼と協働し、既存の材料と新しい材料との境界面を通してイオンが連絡する場合、新しい材料は元の材料と同じである必要はない。

多くの場合、１つまたは複数の陽極部材は、カバー材料に全体的に埋め込まれる。しかし、陽極部材は、構造内の鋼とイオン連絡する場合、新しいコンクリートの表面に部分的に埋め込むか、表面上に配置してもよい。

この方法は、陽極本体自体が多孔性で、膨張した腐食生成物を受ける孔を提供する場合に有利である。このような多孔性陽極材料は、粉末またはフレークのような細かく分割された材料、または相互に圧縮された線または箔のような他の材料で少なくとも部分的に形成することができる。このような陽極本体は、カバー層と陽極材料とのイオン連絡を強化するために防食陽極材料と協働するために、自身と混合した強化材料も含み、この材料は、中実の陽極本体によって担持されるように、その防食陽極材料に結合される。

１つの実施形態では、補強層は陽極部材の外面に、またはそのすぐ内側に配置される。

別の実施形態では、補強層は、被覆材料の外面に、またはその内部に、カバー材料から分離されて配置され、陽極部材を囲む。

さらなる実施形態では、補強層は、カバー材料の外面に、またはその内側に配置される。

陽極本体内に配置された場合、補強層は、主に閉じた表面内に力を閉じ込めるように陽極部材をほぼ囲むほぼ閉じた表面を形成することが好ましい。

カバー材料内に配置された場合、補強層は、設置前の状態（ｕｎ−ｓｅｔ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）ではカバー材料が開口を通過できるほど十分な開口を自身内に有することが好ましい。

カバー材料内に配置された場合、陽極部材は、カバー材料の外面内に配置され、補強層は概ねカバー材料の外面と陽極部材の間に配置される。

補強層は、自身を通る開口を有し、開口を通して材料内のイオンと連絡可能にする層を埋め込んだ材料で充填されたマットであることが好ましい。

補強層は繊維質の補強材を有することが好ましいが、補強層の強度は、金属を含む他の補強要素によって提供することができる。

補強層はカバー層内に配置構成することもでき、したがってカバー材料自体に追加の補強を提供し、したがって例えば補修時に腐食して失われた鋼の代わりとなる。

１つの好ましい配置構成では、陽極部材は導電性アレイを有し、これは少なくとも部分的に前記陽極材料で形成され、ほぼカバー材料の外面の形状を辿るように配置構成される。このような配置構成は、カバー材料を既存の構造に追加層の被覆として適用する場合に使用することができる。アレイ内の陽極部材は追加層に埋め込まれ、補強層は、アレイ上の追加層内に埋め込まれるか、カバー材料の表面上にあってよい。これは、デッキまたは平坦な構造として実行可能であるが、既存の構造は柱でよく、陽極部材が既存の柱を囲む円筒形アレイを形成し、補強層はアレイ上の円筒形の層である。

特に好ましい配置構成では、陽極部材および補強層をアセンブリとして供給し、陽極部材をカバー材料の追加層内に配置し、追加層の設置中に、アセンブリが担持するスペーサ部材によって外面および既存の柱から隔置した状態で維持することができる。補強層は表面に埋め込むか、その上にあってよい。

問題の構造が柱である場合、カバー材料の追加層は、設置中に可撓性円筒形の形態に閉じ込められる。

本発明の第２の態様によると、カバー材料内の鋼材料を陰極防食する陽極部材が提供され、鋼材料の少なくとも一部がカバー材料で少なくとも部分的に覆われ、陽極部材は、
少なくとも部分的に防食陽極材料から形成された陽極本体を有し、この陽極本体は、陽極部材と鋼材料との間の電位により、イオンがカバー材料を通って流れ、陽極部材を腐食させながら、鋼材料の腐食を阻止する傾向を有するように配置構成され、
陽極本体は、鋼材料と電気的に接続するように配置構成され、
陽極部材の腐食は腐食生成物を形成するように作用し、腐食生成物は、腐食生成物が形成された元となる陽極部材の部分より大きい体積を有し、したがって陽極部材の膨張を引き起こす傾向を有し、さらに、
膨張を制限するような傾向を有する制限力を陽極アレイに加えるように、陽極部材の外面に、またはその内部にある補強層を有する。

本発明の第３の態様によると、組合せで、
カバー材料内の鋼材料を陰極防食する陽極部材を有し、鋼材料の少なくとも一部が、カバー材料によって少なくとも部分的に覆われ、陽極部材が、
少なくとも部分的に防食陽極材料から形成され、陽極部材と鋼材料との間の電位によって、イオンがカバー材料を通って流れ、陽極部材を腐食させながら、鋼材料の腐食を阻止する傾向を有するように配置構成された陽極アレイを有し、
陽極アレイは、鋼材料と電気接続するように配置構成され、
陽極アレイの腐食は、腐食生成物を形成するように作用し、腐食生成物は、腐食生成物が形成される元となる陽極部材の部分より大きい体積を有し、したがって陽極部材の膨張を引き起こす傾向を有し、
陽極アレイは、カバー材料の外面の形状をほぼ辿るように配置構成され、さらに、
膨張を制限する傾向を有する制限力を陽極アレイに加えるように、カバー材料内で陽極アレイに隣接する位置の補強層を有する組合せが提供される。

次に、本発明の実施形態を添付図面との関連で説明する。

陽極材料、強化材料を含む陽極本体の製造および使用、および設置方法を開示する本発明の発明者による上記のＰＣＴ特許出願の開示に注目する。本明細書で開示される今回の実施形態は、そこに記載された構造、配置構成および強化材料の多くを含み、使用する。

強化材料および亜鉛などの防食用陽極材料を相互に圧縮して、さらなる詳細について参照される上記の出願で図示され、記載されたような多孔性本体を形成する。

好ましくは陽極本体は単に、粒子状材料にかかる圧力を加えることによって形成され、通常、一体構造を維持するために十分な圧縮力は５，０００ｐｓｉから４０，０００ｐｓｉの範囲である。したがって、熱を使用しないことが好ましいが、構造的一体性を強化するために粒子をその結合点（ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）で溶融するために使用することができる。しかし、熱は多くの強化材料を損傷し、したがって使用することが困難で、燃焼を防止するために真空を必要とすることがある。

亜鉛粒子は、３２５メッシュ（つまり３２５メッシュを通過する粒子）から０．２５ｍｍのサイズを有する粉末の形態で供給することができる。粒子状材料は全体的に粉末でよいが、１方向または２方向で寸法が増加した（ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎ ｏｎｅ ｏｒ ｔｗｏ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）ある割合のシェービング（ｓｈａｖｉｎｇ）、繊維またはフレーク（ｆｌａｋｅ）を含むことが好ましい。したがって、繊維は、長さ方向に１ｍｍから６ｍｍのオーダの寸法、および０．１ｍｍのオーダの横方向寸法を有してよい。フレークは、長さ方向に１ｍｍから６ｍｍのオーダの寸法、および０．１ｍｍのオーダの厚さを有してよい。このようなシェービング、繊維またはフレークは、幾つかの供給業者から市販されている。１方向または２方向に寸法が増加した粒子を使用すると、粒子間の機械的相互接続が増加し、したがって構造的強度および構造的完全性が上昇することが理解される。陽極本体は、このようなシェービング、繊維またはフレークで全体を形成することができる。しかし、亜鉛粒子のこのような構造体の費用は、単純な粉末よりはるかに高く、したがって、必要な構造的完全性および孔寸法を提供するために、費用が低い方の粉末材料と、適切な割合の費用が高い方のシェービングとの選択に基づいて、経済的バランスを取ることが非常に望ましい。典型的なシェービングは、亜鉛粒子の総体積の２０％の割合を形成する。

粒子状材料の代替物として、同様の型および圧力を使用して、箔またはシート材料をしわくちゃ状態にし、しわくちゃ状態にしたシートの重なり合った層の間で孔を画定するように圧縮することができる。箔は、陽極の金属部品間の連続的接続を提供する一方、腐食生成物の吸収を可能にする孔も提供するという利点を有する。

強化材料は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲の粒子サイズを有する粒子であることが好ましく、結晶質形態であることが好ましい。しかし、最大８ｍｍの非常に大きい寸法を有する粉末またはペレットなど、他の形態の強化材料を使用してもよい。比較的大きいペレットを使用すると、粉末形態の比較的小さい粒子を使用して獲得されるより、亜鉛粒子間の粒子と粒子との接触が大きくなるという点で、物理的特性が改良される。こうなるのは、ペレットの数が少ないので、該ペレットは亜鉛粒子内の特定の少ない数の位置に位置し、したがって亜鉛粒子自体の間の接触が改良できるからである。しかし、適切な強化を与えるため、強化材料の区域が全ての亜鉛からそれほど隔離されないことを保証するために、強化材料を亜鉛全体に分布させることが好ましい。したがって、亜鉛陽極の寿命が尽きるまで、適切な構造的完全性を維持しながら、強化材が適切に作動することを保証するために、粒子サイズ間のバランスを選択しなければならない。上記の寸法の粉末またはペレットが、満足するように作動することが判明している。

強化粒子に対する亜鉛粒子の比率は、体積で６０％の亜鉛粒子のオーダであることが好ましい。しかし、亜鉛含有率は、体積で３０％から９５％の範囲でよい。

上記の典型的圧力を使用し、上記の寸法の金属粒子を使用して、上記で定義したような強化材料を使用すると、完成した陽極本体内の空隙の総体積は通常、５％から４０％のオーダである。陽極本体は、強化材料なしすなわち完全に（１００％）亜鉛粒子で形成されることができ、この粒子は金属本体内に孔を画定する。このような配置構成では、亜鉛陽極本体の腐食作用が継続する期間を通して腐食生成物を吸収するのに十分な空隙体積を提供するように、空隙の割合を多くすることが好ましい。

強化材料を使用する配置構成では、亜鉛粒子の圧縮が亜鉛構造内に一連の孔を形成することが理解され、その一部は空隙を形成するように空であり、その一部は強化材料で全体的に充填され、その一部は、強化材料で部分的に充填される。強化材料を使用する場合、強化材料で部分的または全体的に充填された空隙の一部は、腐食生成物の吸収に使用できるようになる。したがってこのような場合は、空隙の総体積を減少させる可能性がある。つまり強化材料の一部は腐食プロセスに使用され、したがってそれまで占有していた空間を、腐食生成物を受け取るために使用可能にする。さらに、強化材料の一部は溶解性でよく、したがって陽極本体から徐々に拡散し、元の空間を腐食生成物のために使用可能にする。

水酸化リチウムまたは塩化カルシウムなどのさらなる幾つかの強化材料は、腐食生成物をさらに溶解性にするという利点を有し、したがって腐食生成物自体が陽極本体から溶液状で拡散して、周囲のコンクリートに入ることができる。したがって、腐食生成物の吸収が生じるが、プロセスが続いている間に腐食生成物がこのように拡散することを鑑みて、必要な孔の総体積を、腐食生成物の総体積に対して減少できるように、本発明の孔を提供することが有利である。

プロセスの寿命が尽きるまでの間に、腐食生成物を鑑みて、典型的には２０％から３０％の範囲で陽極本体の体積膨張が達成可能であるが、場合によって、特にマグネシウムまたは他の材料を使用する場合に、これよりはるかに高くてよい。したがって、この膨張を陽極本体自体に吸収させることが理論的に必要である。しかし、以上の要因を鑑みて、予想される膨張と等しい体積の空隙空間を陽極本体内に提供することが、全ての場合に必要なわけではない。陽極本体自体の中に強化材料を使用すると、上記の追加の空隙空間を使用可能にするという利点が提供され、場合によっては腐食生成物をさらに溶融性にするという利点が提供される。しかし、陽極本体内に強化材料を提供することは必須ではない。というのは、陽極本体を囲むモルタルまたは充填材に強化材料を提供することが可能だからである。さらに他の場合では、強化材料を省略してよい。というのは、強化材料なしに単に上記の多孔性陽極本体を使用することによって、利点を獲得できるからである。

したがって、湿潤材料または他の強化材料を使用する場合、これは保管または使用中に陽極本体から大幅に移動しないように、陽極または陽極を囲む材料によって支持され、それに混合したままであるように選択される。

この配置構成は、完成した製品が多孔性であり、作動中に陽極本体の腐食からの腐食生成物を多孔性本体の孔で受けることができ、したがってコンクリートのひび割れを引き起こす陽極本体の大きな膨張を回避するという利点を有する。これによって、陽極本体の表面は、図２で示すようにコンクリートに直に埋め込むか、穴に締まり嵌めとして挿入することによって、コンクリートと直に接触させることができる。このような場合、使用可能な穴の体積量によって、膨張した腐食生成物からの圧力を陽極本体内で吸収することができ、この圧力を吸収するように作用する追加の材料が必要なく、圧力に対応するようにコンクリートを改質することもない。

これは、膨張力があると、これをコンクリートに連絡するように、コンクリートと直に接触するようにコンクリート内に本体が全体的に埋め込まれた、本明細書で示した配置構成と組み合わせた場合に、特に効果的である。孔を形成する陽極本体のこの構造は、強化材料の陽極本体への追加を不用にすることができる。したがって、多孔性形態の別個の陽極本体は、強化材料なしで形成すると、全体が金属陽極材料で形成される。構造および圧縮の程度は、腐食生成物全体を孔に吸収し、したがって腐食生成物の生成によって引き起こされる本体の膨張を回避するのに十分な孔のサイズおよび単位体積当たりの数を有する多孔性構造を生成するように選択することができる。また、これによって、腐食生成物が元の金属より体積増加が多く、したがって深刻なひび割れの問題を引き起こすので、通常は不適切と見なされるアルミまたはマグネシウムなどの他の材料を使用することができる。

陽極材料から鋼製鉄筋への電気接続は、陽極の腐食中に電気接続が失われたり、損なわれたりしないように、陽極材料自体から分離した材料で提供することが好ましい。接続材料は鋼であることが好ましい。

また、本発明は主にコンクリート構造に関するが、鋼要素をカバー層に埋め込む他の状況で陽極構造を使用することもできる。以上の記述は、コンクリート構造の主な使用法を指向するが、唯一の使用法ではない。

したがって、陰極防食装置は、陽極と鋼製補強部材の間に電解質の電位差を生成するように働き、これによって陽極を腐食させながら、鋼製補強棒の腐食を防止するか、少なくとも減少させるのに十分なだけ電流が電気接続を通して陽極と鋼製補強部材の間を流れ、イオンがコンクリートを通してその間を流れる。

ｐＨのレベルおよび湿潤剤の存在は、電流を長期間、例えば５年から２０年にわたって維持できるように、電流の維持を強化する。

陽極本体に結合した湿潤材料の存在は、陽極の寿命が尽きるまで十分な出力電流が維持されることを保証し、陽極／充填材の境界面を電気化学的に活性状態に維持するように、陽極周囲のイオン輸送を維持するのに十分な水分を吸収する働きをする。この存在は、電流量も増加させる。

陽極は、鋼製補強部材に対して電気的にマイナスの任意の適切な材料で形成することができる。亜鉛が好ましい選択肢であるが、マグネシウム、アルミ、またはその合金のような他の材料も使用することができる。

陽極本体内に作用物質を直接提供するこの配置構成によって、最小寸法の陽極本体を構築し、したがってより小さい位置または穴に設置でき、スペースが制限された位置に設置でき、したがって設置を可能にする掘削部を形成する費用を削減することができる。

図１には、陽極本体内またはその周囲における腐食生成物の形成に鑑みて、陽極本体の膨張を制限する傾向を有する制限力を提供するために補強層を使用する本発明の第１の実施形態が図示されている。図１に示す実施形態では、この配置構成を使用して、既存の鋼部材１２によって補強された既存のコンクリート柱１１に追加の周囲ジャケット１０を提供する。

ジャケット１０内に形成されたコンクリートの追加層を、既存の柱の外面１３に当てる。外面の補修を最初に実行し、これは場合によっては、コンクリート構造の一部を除去し、場合によっては鋼１２を露出させる。しかし、状況によっては、こうする必要はない。

コンクリートは、必要な厚さのジャケット１０を形成するのに十分な距離だけ外面１３の直径より大きい直径を有する単純な円筒形の織物または可撓性容器の形態の形態１４を使用して、柱１１の外面に当てる。単純な織物容器は、ジャケットの上端にて帯鋼１５によって支持することができ、柱の周囲を締め付けるために底部で閉じることができる。このように形成された可撓性容器は、当然、一定の厚さのジャケット１０を提供するように円筒形表面１３を同軸で囲む円筒形の形状をとる。したがって、単純な可撓性織物形態１４は非常に安価にすることができ、したがって好ましい場合は所定の位置に放置することができ、また、所望に応じて取り外すことができる。

形態１４内に埋め込むように、この実施形態ではコンクリート・ジャケット１０内に陽極１６および補強層１７を設ける。陽極１６は、表面１３から一定の間隔で表面１３を囲む円筒形本体またはアレイを形成する。陽極を形成するアレイは平坦なシートとして供給することができ、これを柱の周囲で湾曲させ、平坦なシートの突き当たる縁部は、柱に巻き付けた後に接続し、柱を完全に囲む円筒形表面を完成させる。

図示されていない別の実施形態では、補強層１７は、コンクリートの外面に提供され、穿孔中にコンクリートを支持する形態を提供する。

同じ構造の一部として、陽極の外面に取り付けた補強層１７が提供され、したがって陽極及び補強層を形成する２枚のシートは、陽極１６および補強層１７によって画定された組合せの内面および外面それぞれに取り付けた複数のスペーサ部材１８とともに、共通の構造として供給することができる。スペーサ１８は、ジャケット１０の必要な位置にて組合せを支持するために必要な長さの単純な脚部を有する。スペーサ１８は、図２で示すように、柱の周囲の適切な角度位置に配置される。

陽極アレイ１６は、亜鉛発泡シート（ｚｉｎｃ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｈｅｅｔ）から形成される。発泡金属（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｍｅｔａｌ）は、言うまでもなくよく知られた打ち抜き構成であり、これはシートを通る開口を提供し、したがって表面積を増加させ、ジャケット１０の層内の凝集物がシートを通過できるようにする。一例では、典型的な亜鉛陽極は０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）から０．１５０インチ（３．８１ｍｍ）の範囲、通常は０．０７２インチ（１．８２８８ｍｍ）から０．１００インチ（２．５４ｍｍ）の厚さを有し、横方向に凝集物が通過できる１０ｍｍから４０ｍｍのオーダの寸法の発泡した開口を提供するように打ち抜かれる。しかし、アレイは網または織物または細片（リボン）または鋳物などの他の構造から形成してもよい。陽極の金属は通常は亜鉛であるが、当業者によく知られているように、他の適切な金属が使用可能である。

層１７は、陽極と直に接触して配置されるか、膨張力を制限するという必要な機能をなお提供するのに十分なほど小さい距離だけ陽極から隔置することができる。層１７が陽極と共通構造として供給される図示のような配置構成では、層は、２つの要素を取り付けたまま保持するために、適切なコネクタによってアレイ上の隔置された位置にて陽極に取り付けられる。アタッチメント及び脚は一体に構成することができる。

層１７は、図３で最もよく図示されているように、繊維強化プラスチック材料のウェブまたはマットから形成され、繊維補強材１７Ｃを含む熱硬化性プラスチック材料によって一緒に成形された直角の細片１７Ａおよび１７Ｂの網を画定する。繊維はガラスまたは炭素、または当業者によって決定されるような構造の工学的要件により必要な強度を提供する他の同様の材料でよい。細片１７Ａおよび１７Ｂの網は、凝集物が貫通できるほど十分に大きい７５ｍｍのオーダの横方向寸法を有する開口１７Ｄを提供する。開口１７Ｄによって、開口を通してコンクリートを凝固させてコンクリート内に網を配置することができるが、必要に応じて陽極アレイから鋼へと開口１７Ｄを通してコンクリート内のイオンの連絡が可能になる。図示の例では、層は全体が陽極アレイの外側に配置され、したがって層を通るイオン連絡は、この場合は重要でない。しかし、状況によっては、鋼と陽極の間に層の一部があり、この場合は必要な陰極防食を提供するために、イオンが層を通過する必要がある。

層１７が一形態としてコンクリートの表面に配置されると、内側にコンクリートを保持するが、多少の液体が逃げることができる織物または他の適切な材料のほぼ閉じた層を形成する。

凝集物が通過する必要がない場合、状況によっては開口のサイズが非常に小さくなるように、層の構造を変更してもよい。しかし、陽極と鋼の間に配置する場合、層は、連続的な絶縁体または誘電層であってはならない。イオンの通過を阻止し、コンクリートが層状に剥離する面を生成するからである。

層を形成する元となる材料は変更することができ、一般に織物または不織布の網内にプラスチック材料を含むことができる。通常、被覆していない鋼を使用することはない。多少のイオンを引きつけ、陰極防食を妨害するか、追加の陽極材料を提供する必要があるからである。しかし、鋼は、塗装、亜鉛めっき、または鋼がイオンの有意の部分を引きつけるのを防止するような他の処理を実行するか、必要な追加の陽極材料を提供すれば、補強材料として使用することができる。

層の作用は、陽極アレイまたは陽極本体に力を加え、腐食生成物の形成による膨張で引き起こされる陽極本体の外向きの力に抵抗する傾向を有することである。したがって、これは陽極本体に圧力を加え、腐食生成物が使用可能な穴へと分散するのを補助する。また、層はコンクリートまたは他のカバー材料が、腐食生成物の膨張によって陽極本体から押しのけられるにつれ、層は、コンクリートまたは他のカバー材料が破壊するか、落下する傾向に抵抗する。したがって、陽極本体を圧迫する追加の力が層によって提供され、また陽極本体によって引き起こされる膨張はコンクリート内で抵抗を受け、したがって変形によるコンクリートの損傷を阻止または防止する。それと同時に、実際に生じるいかなるひび割れも、コンクリートの破断または部片への分離を引き起こさない。層によって相互に保持されているからである。

さらに、層１７はコンクリートに追加の構造的強度を提供し、コンクリート内の鋼によって提供される構造的強度を補足するか、取って代わるように、当業者は設計することができる。したがって、層１７は膨張力を制限し、また層内のコンクリートに追加の構造的強度を提供し、したがって追加の補強鋼の必要性をなくす、または低下させる機能を有する。

層の厚さおよび構造的強度は、構造の工学的パラメータに応じて大きく変化し、これは当業者の知識および計算に従って選択し、配置構成することができる。

図４は、図１、図２および図３全体と同様の配置構成を示すが、この実施形態では、垂直壁または水平デッキのような平坦な外面１３１を有する構造の追加層１０１を使用する。この実施形態では、既存の構造１１１の一部１１２を補修中に除去し、鋼１２の一部１２１を露出してある。

この実施形態では、陽極アレイ１６は平坦であり、したがって層１０１の外面１０２とほぼ平行に広がる。この実施形態では、層１７は陽極から離れ、したがって最初に陽極１６が表面１３１から隔置された位置に配置され、次にそこから上方向に層１７が設置され、したがってそれぞれが別個の供給源から別個に配置される。あるいは、層１３１および１７は事前に予め取り付け、ユニットとして設置することができる。適切なスペーサを提供してよいが、当業者にはよく知られているので図示されていない。この場合も、陽極アレイを通る空隙および層１７を通る空隙は、コンクリートが表面区域１３１および補修区域１１２を充填できるように、コンクリート層内の凝集物が通過できるために十分な大きさである。

図５および図６には、全体的に３０で図示され、モルタルまたは他の適切な充填材料の外層３１で囲まれた陽極材料の芯３０を有するパックまたは陽極本体を使用する代替配置構成が図示されている。このようなパックはよく知られ、上記で識別したような本発明の発明者およびＡｓｔｏｎによって公開された上記のＰＣＴ出願に記載されている。線３２を陽極本体３０に接続する。この実施形態では、層３７はモルタル内に配置され、防食陽極材料から形成した陽極本体の芯を完全に囲み、したがって陽極材料を囲む基本的に閉じた表面を形成する。実際には、閉じていないが、力を閉じ込めるのに十分なだけ陽極本体を囲むように、層は陽極本体を完全には囲まなくてよい。したがって、層は一方端で開くか、あるいは必要な接続線が通過できる程度に十分に開くことができる。例えば、両端が開放した細長い円筒は、力を閉じ込める十分な制限部を提供する。層３７は網または織物から形成され、これも繊維質で、腐食生成物の膨張によって引き起こされる外向きの力に抵抗するのに十分な強度を提供する。層３７は、隙間のない構造としてモルタル内で形成され、したがって膨張に抵抗し、内向きの力を加える。層３７は、構造の繊維または糸の間に開口を含み、これによってイオンは、パックが構造内の所定の位置にあると、防食陽極材料からモルタルを通って、モルタル上の全面に適用したカバー材料へと至ることができる。芯およびモルタルを含む陽極本体の適切な構造に関するさらなる詳細は、上記の公報で見ることができ、追加の詳細についてはこれを参照されたい。層３７は、防食陽極本体３０の外面にすぐ隣接して配置するか、さらに外側のモルタル材料３１の外面に配置することができる。１つの可能な製造プロセスでは、層３７は、予め形成した本体３０の周囲にモルタル材料を鋳込むための型の内面を形成してよい。

図７および図８には、本発明の発明者によるＰＣＴ特許出願第ＣＡ０２／００１５６号で特に記載された構造を使用する代替配置構成が図示され、陽極本体はほぼ全体的に陽極材料によって形成され、孔４１を有する陽極本体４０を形成するように圧縮される。図示の実施形態では、陽極本体は、上記の出願で開示された形状を辿る円筒形で、コネクタのリード線４２を含む。陽極本体内に力を封じ込める層４７は、この実施形態では、陽極材料の全体を閉じ込め、陽極材料に力を加えて膨張を防止するように、表面に配置される。したがって、層４７は、ドーム形状の端面４８および４９、および閉じた表面を形成する円筒壁がある円筒形状を形成する。次に、層を型の内面に配置し、上記の出願に既に記載されているように、陽極本体の圧縮された構造を形成することができる。図９および図１０で示すように、本体４０の円筒形外面に層４７が図示され、これは膨張力を封じ込めるために縦方向および周方向の両方で繊維を提供する織物構造を形成する。繊維の間には空間５０が配置され、これによって陽極材料を周囲のカバー材料に接続し、陽極とカバー材料の鋼との間にイオン連絡を提供することができる。層４７からの圧力は、陽極本体の膨張を防止するか、低下させ、したがって最適または最大の腐食速度を提供する陽極本体のパラメータを選択することができる。膨張による力は、構造内に圧力を発生させ、これは孔４１へと腐食生成物を移動させるか、移動を補助する。

課題を解決するための手段の項で説明した本発明の第１の態様には、以下の限定を付することができる。
補強層が陽極部材の外面に、またはその内部に配置される。
補強層が、カバー材料から別個に、被覆材料の外面に、またはその内側に配置され、陽極部材を囲む。
補強層がカバー材料の外面に、またはその内部に配置される。
補強層が筐体を形成し、この補強層は筐体内に力を閉じ込めるように、陽極部材を十分に囲む。
補強層がカバー材料の外面内に配置され、層は、設置前の状態においてはカバー材料が開口を通過できるほど十分な開口を自身内に有する。
陽極部材がカバー材料の外面内に配置され、補強層が全体的にカバー材料の外面と陽極部材の間に配置される。
補強層が、自身を通る開口を有し、開口を通して材料内のイオンと連絡可能にする層を埋め込んだ材料で充填されたマットである。
補強層が繊維質の補強材を有する。
陽極部材が多孔性で、孔への腐食生成物の膨張を可能にし、したがって補強層によって提供される力が、腐食生成物を孔の中へと導くのを補助するように作用する。
陽極部材が、相互に圧縮されて、圧縮された表面の間に孔を形成する材料から少なくとも部分的に形成される法。
陽極部材が、カバー材料と陽極材料とのイオン連絡を強化するために防食陽極材料と協働するために、自身と混合した強化材料を含み、強化材料が、中実の陽極本体によって担持されるように、その防食陽極材料に結合される。
補強層が、カバー材料に追加の補強も提供する。
陽極部材が導電性アレイを有し、これは少なくとも部分的に前記陽極材料で形成され、ほぼカバー材料の外面の形状を辿るように配置構成される。
カバー材料を既存の構造に追加層の被覆として適用し、アレイ内の陽極部材が追加層に埋め込まれ、補強層が、アレイ上に配置構成される。
既存の構造が柱であり、円筒形アレイを形成する陽極部材が既存の柱を囲み、補強層がアレイ上の円筒形層内にある。
陽極部材および補強層が、カバー材料の追加層内に配置され、追加層の設置中に、スペーサ部材によって外面から、および既存の柱から隔置された状態で維持される。
カバー材料の追加層が、設置中に可撓性円筒形態内に閉じ込められる。
また、課題を解決するための手段の項で説明した本発明の第３の態様には、以下の限定を付することができる。
設置前の状態にある場合に、カバー材料が開口を通過できるほど十分な開口を補強層に穿孔する。
カバー材料で充填された場合に、開口を通してカバー材料内のイオンと連絡できるようにする開口を補強層に穿孔する。
補強層が繊維質補強材である。
陽極部材が多孔性で、孔への腐食生成物の膨張を可能にし、したがって補強層によって提供される力が、腐食生成物を孔の中へと導くのを補助するように作用する。
陽極部材が、相互に圧縮されて、圧縮された表面の間に孔を形成する材料から少なくとも部分的に形成される。
陽極部材が、カバー材料と陽極材料とのイオン連絡を強化するために防食陽極材料と協働するために、自身と混合した強化材料を含み、強化材料が、中実の陽極本体によって担持されるように、その防食陽極材料に結合される。
陽極部材と補強層の間にスペーサ部材を含む。
本明細書で上述したような本発明には、様々な改造を実行でき、明らかに非常に異なるその多くの実施形態が、請求の範囲の精神および範囲内で、そのような精神および範囲から逸脱することなく作成できるので、本明細書に含まれる全ての事柄は、例示としてのみ解釈され、制限的な意味ではないものとする。

既存の柱に適用された新しいコンクリートのカバー層内に設置する陽極アレイを含む、本発明による１つの実施形態の断面図である。 図１のアレイの上面図である。 図１の補強層の前面図である。 デッキのパッチ状区域で使用するアレイを含む、本発明による別の実施形態の断面図である。 モルタル層内に補強層が閉じ込められた状態でモルタル被覆を含む、第２の実施形態の陽極部材の縦断面図である。 図５の実施形態の横断面図である。 陽極材料の外面に閉じ込められた補強層を含む陽極部材の第３実施形態の断面図である。 図７の実施形態の横断面図である。 イオン連絡が起きる空間を示す、拡大した図７の補強層の略図である。 イオン連絡が起きる空間を示す、拡大した図７の補強層の略図である。

Claims (8)

1. モルタルまたはコンクリートであるカバー材料内の鋼材料を陰極防食する陽極部材であって、鋼材料の少なくとも一部がカバー材料で少なくとも部分的に覆われ、陽極部材が、
   少なくとも部分的に防食陽極材料から形成された陽極本体を有し、この陽極本体は、陽極部材と鋼材料との異種金属接触により生じる電位により、イオンがカバー材料を通って流れ、陽極部材を腐食させながら、鋼材料の腐食を阻止する傾向を有するように配置構成され、
   陽極本体は、鋼材料と電気的に接続するように配置構成され、
   陽極本体の腐食は腐食生成物を形成するように作用し、腐食生成物は、腐食生成物が形成された元となる陽極本体の部分より大きい体積を有し、したがって陽極本体の膨張を引き起こす傾向を有し、さらに、
   膨張を制限するような傾向を有する制限力を陽極本体に加えるように、陽極部材の外面に、またはその内部にある補強層であって、補強材料からなる補強層を有する陽極部材。
2. 陽極部材が陽極本体および陽極本体を囲む被覆材料を有し、補強層が被覆材料の外面に、またはその中に配置される、請求項１に記載の陽極部材。
3. 補強層が筐体を形成し、これは筐体内に力を閉じ込めるように、陽極部材を囲む、請求項１に記載の陽極部材。
4. 補強層が、自身を通る開口を有し、開口を通して材料内のイオンと連絡可能にする層を埋め込んだ材料で充填されたマットである、請求項１に記載の陽極部材。
5. 補強層が繊維質の補強材を有する、請求項１から４いずれか１項に記載の陽極部材。
6. 陽極部材が多孔性で、孔への腐食生成物の膨張を可能にし、したがって補強層によって提供される力が、腐食生成物を孔の中へと導くのを補助するように作用する、請求項１から４いずれか１項に記載の陽極部材。
7. 陽極部材が、相互に圧縮されて、圧縮された表面の間に孔を形成する材料から少なくとも部分的に形成される、請求項６に記載の陽極部材。
8. 陽極部材が、カバー材料と陽極材料とのイオン連絡を強化するために防食陽極材料と協働するために、自身と混合した強化材料を含み、強化材料が、中実の陽極本体によって担持されるように、その防食陽極材料に結合される、請求項１から４いずれか１項に記載の陽極部材。

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